Francesca Chillemi (Barcellona Pozzo di Gotto, 25 de julio de 1985) es una actriz y modelo italiana.
A los 18 años ganó el certamen de Miss Italia 2003. Acto seguido inició una carrera como modelo, actriz y presentadora. Entre sus papeles más reconocidos destaca el de Azzurra Leonardi en la serie dramática de la cadena RAI Che Dio ci aiuti.
Francesca Chillemi estuvo casada con Mutassim Gaddafi entre 2005 y 2009. Actualmente tiene una relación con el empresario Stefano Rosso, copropietario del Grupo OTB. La pareja tuvo una hija en 2016 y se mudó a los Estados Unidos un año después.